名家介绍|Frederick Sanger，近代生物学的奠基人
iNature：Frederick Sanger 于1918年08月13日出生， 在 2013年11月19日去世。到现在为止，是唯一的在化学领域里面获得二次诺贝尔奖的英国生物化学家。在1958年，由于 Sanger发明了蛋白质测序方法，尤其是获得了胰岛素的氨基酸序列，而被授予诺贝尔化学奖；1980年Sanger同 Walter Gilbert分享了另外一半诺贝尔奖金，那是基于Sanger及Gilbert在DNA测序中做出的卓越贡献，而另一半奖金给了 Paul Berg，是基于他对于重组DNA的卓越贡献。
早期生活及教育
弗雷德里克·桑格（Frederick Sanger）于1918年8月13日出生在英国格洛斯特郡格伦斯特郡的一个小村庄里德科姆姆（Rendcomb），他是一位全科医生弗雷德里克·桑格（Frederick Sanger）的第二个儿子，他的妻子是凯西莉·桑格， 他是三个孩子之一。 他的哥哥西奥多，只比Sanger大一岁，而他的妹妹玛丽（Mary）比Sanger小五岁（图1）。他的父亲曾在中国担任过英国圣公会医学传教士，但由于身体健康而返回英国。 在1916年Sanger的父亲40岁时，他同小他四岁的Cicely结婚了。 桑格的父亲在他的两个儿子出生后不久就改成了
图1.Sanger (中间) 在11 岁同妹妹及哥哥的合照
奎克西主义，并将孩子养育为贵格会。 桑格的母亲是富有的棉花制造商的女儿，并拥有贵格会背景，但不是贵格会。所以对于抚养Sanger三兄妹，问题就不是很大了。
Sanger 5岁的时候，他们一家搬到了沃里克郡的Tanworth-in-Arden小镇。由于Sanger家比较有钱，就雇佣了一个家庭女教师来教育孩子。在1927年，也就是Sanger 9岁的时候，Sanger被送进了Downs小学，这学校是由教会运营的，且靠近Malvern小镇。在1932年，也就是Sanger 14岁的时候，他被送进了
多塞特郡的布莱恩斯顿学校，在这所学校，他很喜欢他的老师，尤其喜欢科学学科。由于Sanger比较出色，提前一年就完成了学业，在这个学校的最后一年，Sanger花了大部分时间同他的导师Geoffrey Ordish（在剑桥大学的卡文迪许实验室任研究员）做化学实验，正是同Geoffrey Ordish在一起的经历，使Sanger对于科研产生了强烈的兴趣。
在1936年，桑格去了剑桥圣约翰学院学习自然科学。 他的父亲也参加过同一所大学。 对于他的Tripos的第一部分，他接受了物理，化学，生物化学和数学课程，但对于物理和数学，不是很喜欢这俩门学科。 其他学生在这学校学习更喜欢选修数学。 在他的第二年，他用生理学取代了物理学。 他花了三年时间获得了他的第一部分。对于他的第二部分，他学习生物化学，获得了一等荣誉。 这是一个相对较新的部门，由戈兰德·霍普金斯创始人，热情的讲师包括马尔科姆·迪克森，约瑟夫·约瑟姆和欧内斯特·鲍德温。
他的父母是Sanger在剑桥大学的头俩年去世的，是因为癌症的原因。他的父亲60岁，他的母亲58岁去世的。 他是和平主义者，也是和平保护联盟的成员。 正是通过他参与剑桥科学家反战组织，他遇见了他未来的妻子琼·豪（Joan Howe），他正在纽伦堡学院学习经济学。 在1940年12月毕业后，在他正在学习他的第二部分考试时，同琼·豪结婚了（如图2所示）。他根据“1939年军事训练法”，暂时登记为良心拒服兵役者，并再次根据“1939年全国服役（武装部队）法” 获得法庭无条件豁免服兵役。 同时，他在Quaker中心，德文郡的Spicelands进行了社会救济工作的培训，并作为一个医院简单地服务。
图2.Sanger 及妻子, 1940.
桑格于1940年10月在比尔.皮埃的导师带领下，下开始攻读博士学位。 他的项目是调查是否可以从草中获取食用蛋白质。 经过一个多月的时间，皮埃离开了部门，阿尔伯特·纽伯格成为他的导师。桑格改变了研究项目，研究了赖氨酸的代谢【1】和一个更为实际的土豆氮素问题【2】。 他的论文题目是“动物体内氨基酸赖氨酸的代谢”。 他的博士论文由Charles Harington和Albert Charles Chibnall审阅，并于1943年获得博士学位（图3）。
图3.Fred Sanger, late 1940's.
研究生涯
胰岛素的测序工作
Neuberger搬到伦敦国立医学研究所，但桑格留在剑桥，1943年加入了一个最近担任生物化学系主任的蛋白质化学家查尔斯·奇布尔（Charles Chibnall）。 Chibnall已经对牛胰岛素的氨基酸组成进行了一些工作，并建议Sanger去观察牛胰岛素蛋白中的氨基酸。胰岛素可以从制药公司Boots购买，并且是少数的几种纯度很高的蛋白质之一。到目前为止，桑格一直在资助自己（由于Sanger家比较富裕，故可以自己花钱做实验）。在Chibnall的小组中，他最初得到了医学研究委员会的支持，然后从1944年到1951年由Beit纪念奖医学研究奖学金（如图4所示）。
图4.Sanger 参加冷泉港会议，1949年
桑格的第一次胜利是分别在1952年和1951年确定牛胰岛素A和B的两条多肽链的完整氨基酸序列（图5）。在此之前，人们普遍认为蛋白质是不规则的，没有形状的。在确定这些序列时，Sanger证明蛋白质具有确定的化学成分【3-7】。为了达到这一目的，桑格精炼了由Richard Laurence Millington Synge和Archer John Porter Martin首先开发的色谱法，以确定羊毛中氨基酸的组成。 Sanger使用了来自剑桥大学化学系的Bernhard Charles Saunders的有毒气体研究的化学试剂1-氟-2,4-二硝基苯（现称Sanger试剂，氟二硝基苯，FDNB或DNFB）。 Sanger试剂证明在多肽链一端标记N末端氨基有效。然后，他用盐酸或使用酶如胰蛋白酶将胰岛素部分水解成短肽。将肽的混合物在一张滤纸上二维分馏，首先通过一维电泳，然后垂直于另一个色谱法。用茚三酮检测到的胰岛素的不同肽片段移动到纸上的不同位置，形成了Sanger称为“指纹”的不同图案。通过FDNB标记赋予的黄色可以识别来自N末端的肽，并且通过完全酸水解确定在肽末端标记的氨基酸的特性，并发现哪一个二硝基苯基 - 氨基酸在那里【8-12】。
图5.Sanger看测序结果，50年代晚期
通过重复这种类型的程序，Sanger能够确定使用不同的初始部分水解方法产生的许多肽的序列。然后可以将它们组装成更长的序列，以推断胰岛素的完整结构。最后，由于A和B链在没有三个连接二硫键（两个链间，一个在A上的一个链内）是生理上无活性的，Sanger和他们的同事在1955年确定了它们的完整结构（图6）。Sanger的主要结论是蛋白质胰岛素的两条多肽链具有精确的氨基酸序列，并且通过延伸，每种蛋白质都具有独特的序列。正是这一成就在1958年获得了他的第一个诺贝尔化学奖。这个发现对于Crick的后续序列假说来说，对于DNA编码蛋白质的思想来说是至关重要的。
图6.胰岛素的结构,1955年
测序RNA
从1951年起，桑格是医学研究委员会的外部工作人员，1962年开设分子生物学实验室时，他从大学生物系的实验室搬到新大楼的顶层。他成为蛋白质化学部门的负责人。在他的行动之前，桑格开始探索测序RNA分子的可能性，并开始开发分离用特定核酸酶产生的核糖核苷酸片段的方法。他在尝试改进他在胰岛素工作期间开发的测序技术时所做的这项工作。工作中的关键挑战是找到一条纯序列的RNA。在1964年发现的工作过程中，同Kjeld Marcker，甲基甲硫氨酸tRNA的RNA序列第一次被测出来，由康奈尔大学的罗伯特·霍利（Robert Holley）领导的小组对tRNA分子进行排序，该小组于1965年出版了来自酿酒酵母的77个核糖核酸的核糖核酸酶序列。到1967年，桑格氏组已经确定了大肠杆菌5S核糖体RNA的核苷酸序列，这是一个120个核苷酸的小RNA 【14-20】。
测序DNA
然而，他转向DNA测序领域，这需要使用完全不同的方法。他研究了使用大肠杆菌DNA聚合酶I复制单链DNA的不同方法。1975年，与Alan Coulson一起，他发表了一项使用DNA聚合酶与放射性标记核苷酸的测序程序，他称之为“加减法”技术。这涉及两个紧密相关的方法，它们产生具有限定3'末端的短寡核苷酸。这些可以通过在聚丙烯酰胺凝胶上电泳分级，并使用放射自显影可视化。该程序可以一次性排列高达80个核苷酸，并且对以前的改进是一个很大的改进，但仍然非常费力。然而，他的小组能够对单链噬菌体φX174的大部分5,386个核苷酸进行排序。这是第一个完全测序的基于DNA的基因组。令他们惊讶的是，他们发现一些基因的编码区彼此重叠。1977年，桑格和同事们介绍了用于测序DNA分子的“双脱氧”链终止法，也称为“桑格法”，这是一个重大的突破，允许长时间的DNA快速准确地测序。 1980年他获得了他的第二个诺贝尔化学奖，他与沃尔特·吉尔伯特（Walter Gilbert）和保罗·伯格（Paul Berg）共同获得（图7）。 Sanger及其同事使用新方法对人类线粒体DNA（16,569个碱基对）和噬菌体λ（48,502个碱基对）进行排序。双脱氧方法最终用于对整个人类基因组进行排序【21-30】。
图7.Sanger 第二次的诺贝尔奖颁奖典礼, 1980.
研究生
在Sanger的职业生涯中，桑格培养了了十位博士生，其中两人也获得了了诺贝尔奖。 他的第一个研究生是罗德尼·波特，他于1947年加入Sanger研究小组。波特后来与杰拉德·埃德尔曼（Gerald Edelman）分享了1972年诺贝尔生理学及医学奖，获奖的原因是他解决了抗体化学结构。伊丽莎白·布莱克本（Elizabeth Blackburn）在1971年至1974年期间在桑格实验室攻读博士学位。她与Carol W. Greider和Jack W. Szostak（ Jennifer A. Doudna在哈佛大学攻读博士学位的导师，Doudna对于CRISPR-Cas 9做出了卓越的贡献）分享了2009年诺贝尔生理学或医学奖，基于她对于端粒和端粒酶研究。
婚姻及家庭
桑格在1940年与玛格丽特·琼·豪（Mararet Joan Howe）结婚。他们有三个孩子 - 罗宾，生于1943年，彼得出生于1946年，萨莉·琼出生于1960年。Sanger说，他的妻子提供了一个和平且愉快的家庭乐园，这比他对于工作中做出的贡献还要多。
后期生活
桑格在1983年退休，65岁，他的家“Far Leys”在剑桥大学外面的Swaffham Bulbeck。1992年，惠康信托基金和医学研究理事会成立了以他命名的桑格中心（现为桑格研究所）。该研究所位于维克信托基金会校园附近的欣克斯顿，距离桑格的家仅有几英里。他同意以创始人约翰·苏斯顿（John Sulston）的要求，让中心命名为中心，但警告说：“最好是好”。桑格于1993年10月4日亲自参加研究所成立的剪彩仪式，当时的工作人员较少，但还是超过了50人，并继续在人类基因组测序中发挥主导作用。研究所现在有900多人，是世界上最大的基因组研究中心之一。
桑格说，他没有发现神的证据，所以他成了一个不可知论者。在2000年“泰晤士报”上发表的采访中，桑格说：“我的父亲是一个忠诚的贵格会，我被提升为贵格会，他们的真理非常重要，我偏离了这些信仰 - 一个显然是寻找真相，但需要一些证据，即使我想相信上帝，我会觉得很难，我需要看证明。他拒绝提供骑士，因为他不希望被称为“爵士”。他被引用说：“骑士使你有所不同，不是，我不想要有所不同。 1986年，他接受了一个可以只有24个生活成员的勋章。
2007年，英国生物化学学会获得了惠康信托基金的资助，目录和保存了桑格从1944年至1983年记录他的研究的35个实验室笔记本。桑格于2013年11月19日在剑桥加登布鲁克医院睡着了。正如他的讣告中所说，他把自己描述为“只是一个在实验室里搞乱的一个人”，和“学术上不是很辉煌的一个人”。
奖项和荣誉
截至2017年，桑格是唯一获得诺贝尔化学奖二次的人，获得二次诺贝尔奖的只有4位：其余三位是玛丽·居里（物理学，1903年；化学，1911年），林纳斯·鲍林（Linus Pauling，化学，1954年；和平，1962年）和约翰·巴登（两次物理，1956年；1972年）。
当选皇家学会会员（FRS）-1954年；
大英帝国指挥官 - 1963年；
澳大利亚科学院通讯研究员 - 1982年；
威廉·贝特·哈迪奖 - 1976年；
诺贝尔化学奖--1958年，1980年；
科迪 - 摩根奖章 - 1951年；
皇家勋章 - 1969年；
Gairdner基金会国际奖 - 1971年；
科普利奖章 - 1977年；
G.W. Wheland奖 - 1978年；
哥伦比亚大学路易莎·格罗斯·霍维茨奖 - 1979年；
阿尔伯特·拉斯克基础医学研究奖 - 1979年；
生物分子资源设施协会奖 - 1994年；
美国化学学会化学系化学突破奖颁奖典礼 - 2016 ；
最后，Sanger获得最大的荣誉之一就是以他的名义命名成立了威康信托桑格研究所（以前的桑格中心）。
同时欢迎大家拜访桑格中心 http://www.sanger.ac.uk/
部分信息引自
http://dnaftb.org/23/gallery.html
https://en.wikipedia.org/wiki/Frederick_Sanger
http://www.sanger.ac.uk/
Sanger发表的部分文章
1.Neuberger, A.; Sanger, F. (1944), "The metabolism of lysine", Biochemical Journal, 38 (1): 119–125
2.Neuberger, A.; Sanger, F. (1942), "The nitrogen of the potato", Biochemical Journal, 36 (7–9): 662–671
3.Sanger, F. (1945), "The free amino groups of insulin", Biochemical Journal, 39 (5): 507–515
4.Sanger, F. (1949a), "Fractionation of oxidized insulin", Biochemical Journal, 44 (1): 126–128
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6.Sanger, F.; Tuppy, H. (1951a), "The amino-acid sequence in the phenylalanyl chain of insulin. 1. The identification of lower peptides from partial hydrolysates ", Biochemical Journal, 49 (4): 463–481
7.Sanger, F.; Tuppy, H. (1951b), "The amino-acid sequence in the phenylalanyl chain of insulin. 2. The investigation of peptides from enzymic hydrolysates", Biochemical Journal, 49 (4): 481–490
8.Sanger, F.; Thompson, E.O.P. (1953a), "The amino-acid sequence in the glycyl chain of insulin. 1. The identification of lower peptides from partial hydrolysates", Biochemical Journal, 53 (3): 353–366
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